高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題3_3 鎂、鋁及其化合物（講）（含解析）1

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專題3.3 鎂、鋁及其化合物 1、掌握鎂鋁及其重要化合物的主要性質(zhì)和應(yīng)用。 2、掌握鎂鋁及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。 3、掌握鎂鋁及其化合物的探究性實驗 4、了解鎂鋁圖像的基本原理，掌握其中的量的關(guān)系，并運用于解題。 5、掌握鎂鋁有關(guān)的實驗問題。 一、鎂鋁的性質(zhì) 1、鋁的結(jié)構(gòu)和存在 鋁位于元素周期表第三周期ⅢA族，原子結(jié)構(gòu)示意圖為。鋁元素在地殼中含量豐富，僅次于硅，是地殼中含量最多的金屬元素。自然界中的鋁全部以化合態(tài)存在；鎂位于元素周期表中第三周期第ⅡA族。 2、金屬鋁的物理性質(zhì) 銀白色有金屬光澤的固體，有良好的延展性、導(dǎo)電性和傳熱性等，密度較小，質(zhì)地柔軟。 3、金屬鋁的化學(xué)性質(zhì) 圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式： ①Al ②2Al＋3Cl22AlCl3 ③Al ④2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ ⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(鋁熱反應(yīng)) 4、對比記憶鎂的化學(xué)性質(zhì) 鋁 鎂 與非金屬反應(yīng) 能被Cl2、O2氧化 2Mg＋O22MgO 3Mg＋N2Mg3N2 與水反應(yīng) 反應(yīng)很困難 能與沸水反應(yīng) Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ 與堿反應(yīng) 能溶于強堿溶液 不反應(yīng) 與某些氧化物反應(yīng) 能與Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金屬氧化物發(fā)生鋁熱反應(yīng) 能在CO2中燃燒： 2Mg＋CO22MgO＋C 5、鋁的用途 純鋁用作導(dǎo)線，鋁合金用于制造汽車、飛機、生活用品等。 【典型例題1】【內(nèi)蒙古巴彥淖爾一中2016屆9月月考】將5.1g鎂鋁合金，投入到500mL2.0mol/L的鹽酸中，金屬完全溶解，再加入4.0mol/LNaOH溶液，若要生成的沉淀最多，則NaOH溶液的體積是（ ） A．200mL B． 250ml C． 425mL D． 560mL 【答案】B 考點：考查鎂鋁反應(yīng)的有關(guān)計算 【點評】熟練鎂鋁的主要性質(zhì)及應(yīng)用，特別是鎂鋁的特性，如鋁能發(fā)生鋁熱反應(yīng)，鋁能與強堿溶液反應(yīng)生成氫氣，鎂能在二氧化碳中燃燒生成碳單質(zhì)和氧化鎂，為常考知識點。 【遷移訓(xùn)練1】現(xiàn)有一塊已知質(zhì)量的鋁鎂合金，欲測定其中鎂的質(zhì)量分數(shù)，幾位同學(xué)設(shè)計了以下三種不同的實驗方案： 實驗設(shè)計1：鋁鎂合金測定生成的氣體在標準狀況下的體積 實驗設(shè)計2：鋁鎂合金測定生成的氣體在標準狀況下的體積 實驗設(shè)計3：鋁鎂合金溶液過濾、洗滌、干燥后測定得到沉淀的質(zhì)量 則能測定出鎂的質(zhì)量分數(shù)的是 （ ） A．都能 B．都不能 C．①不能，其它都能 D．②③不能，①能 【答案】A 考點：考查化學(xué)實驗方案的評價。 二、鋁的化合物 1、氧化鋁 （1）物理性質(zhì)：白色固體，難溶于水，有很高的熔點。 （2）化學(xué)性質(zhì) 兩性氧化物— 2、氫氧化鋁 （1）物理性質(zhì) 白色膠狀不溶于水的固體，有較強的吸附性。 （2）化學(xué)性質(zhì)(用化學(xué)方程式表示) Al(OH)3的電離方程式為 ①兩性氫氧化物— ②受熱分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。 （3）制備 ①向鋁鹽中加入氨水，離子方程式為Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH。 ②NaAlO2溶液中通入足量CO2，離子方程式為AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。 ③NaAlO2溶液與AlCl3溶液混合：3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。 3、常見的鋁鹽 （1）硫酸鋁鉀是由兩種不同的金屬離子和一種酸根離子組成的復(fù)鹽。 （2）明礬的化學(xué)式為KAl(SO4)212H2O，它是無色晶體，可溶于水，水溶液pH<7(填“<”、“>”或“＝”)。明礬可以凈水，其凈水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(膠體)＋3H＋，Al(OH)3膠體吸附水中雜質(zhì)形成沉淀而凈水。 【典型例題2】甲、乙、丙三種物質(zhì)均含有鋁元素，在溶液中的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是 （ ） A．若甲是Al，丙是Al(NO3)3，則乙一定是NaAlO2 B．若甲是Al2O3，丙是NaAlO2，則乙一定是Al(NO3)3 C．若甲是Al(NO3)3，丙是NaAlO2，則乙一定是Al(OH)3 D．若甲是Al(OH)3，丙是Al(NO3)3，則乙一定是NaAlO2 【答案】C 考點：考查Al元素的單質(zhì)及化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系的知識。 【點評】Al2O3、Al（OH）3是中學(xué)階段接觸的唯一與堿反應(yīng)的金屬氧化物及氫氧化物，經(jīng)常應(yīng)用到除雜、計算，特別是推斷題中，所以一定要熟記這兩個反應(yīng)的離子方程式。 【遷移訓(xùn)練2】【山東濟南外國語2016屆上期中】甲、乙兩燒杯中分盛有10mL1mol?L-1AlCl3溶液，在甲燒杯中加入一定量NaOH溶液；乙燒杯中加入與上述NaOH溶液等體積、等pH的氨水．下列有關(guān)兩個燒杯的說法中，正確的是 （ ） A．甲中產(chǎn)生的沉淀一定比乙中多 B．乙中產(chǎn)生的沉淀一定比甲中多 C．甲和乙產(chǎn)生的沉淀一定一樣多 D．甲和乙中產(chǎn)生的沉淀可能一樣多 【答案】D 考點：本題考查了鋁化合物性質(zhì)、化學(xué)計算等 考點一：鋁的兩性 （1）鋁與酸、堿反應(yīng)生成H2的量的關(guān)系 鋁與酸、堿反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為： 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。 從化學(xué)方程式可以看出Al與酸、堿反應(yīng)時生成H2的實質(zhì)都是AlAl3＋，所以無論與酸還是與堿反應(yīng)，Al與H2的關(guān)系都是2Al～3H2。 ①等量鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣體積比＝1∶1。 ②足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比＝1∶3。 ③一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比<<，則必定是：a、鋁與鹽酸反應(yīng)時，鋁過量而鹽酸不足；b、鋁與氫氧化鈉反應(yīng)時，鋁不足而氫氧化鈉過量。解題時應(yīng)充分利用上述過量關(guān)系。 （2）鋁的這種既能與酸(非氧化性酸)又能與強堿反應(yīng)產(chǎn)生H2的性質(zhì)常作為推斷題的“題眼”。 【典型例題3】【百強校?2016屆中衛(wèi)市第一中學(xué)上學(xué)期第五次月考】將2.7g鋁溶解于100mL3mol?L-1NaOH溶液中，然后向所得溶液中加入400mL1mol?L-1的鹽酸，最后可得沉淀的質(zhì)量是 （ ） A．2.7g B．5.2g C．7.8g D．10g 【答案】B 【考點定位】考查鋁及其化合物的性質(zhì)及化學(xué)方程式的計算。 【點評】搞清反應(yīng)原理并靈活運用守恒法是解題關(guān)鍵；Al是我們中學(xué)階段學(xué)習(xí)的唯一既與H＋反應(yīng)也與OH－反應(yīng)的金屬，金屬鋁溶于氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)為：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，加入鹽酸，先是會和剩余的NaOH反應(yīng)：NaOH+HCl=NaCl+H2O，然后發(fā)生反應(yīng)：H2O+NaAlO2+HCl=NaCl+Al(OH)3↓，若鹽酸再剩余，則鹽酸會將沉淀溶解，即發(fā)生反應(yīng)：3HCl+Al(OH)3=AlCl3+3H2O，據(jù)此進行計算即可。 【遷移訓(xùn)練3】足量的兩份鋁分別投入到等體積、等物質(zhì)的量濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液中，產(chǎn)生H2的體積之比是________。 【答案】1∶3 【解析】因為在反應(yīng)中Al過量，產(chǎn)生的H2由HCl和NaOH的量決定。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的關(guān)系式：6HCl～3H2；2NaOH～3H2，故當HCl、NaOH物質(zhì)的量相等時，二者產(chǎn)生H2的體積比為1∶3。 考點二：氧化鋁、氫氧化鋁的制備及分離提純 1、 氫氧化鋁的制備 氫氧化鋁既能溶于強酸，又能溶于強堿，故在制取過程中不宜使用強酸（如NaOH）或強堿（如HCl），可以采用以下方法： Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH AlO+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+ HCO（CO2過量） 2、氧化鋁的分離提純 鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在自然界主要以化合態(tài)形式存在于氧化鋁中。鋁土礦的主要成分是Al2O3，此外還含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)，冶煉金屬鋁很重要的一個過程是Al2O3的提純。由于Al2O3是兩性氧化物，而雜質(zhì)SiO2是酸性氧化物，F(xiàn)e2O3是堿性氧化物，因而可設(shè)計出兩種提純氧化鋁的方案。 3、含鋁雜質(zhì)的提純方法歸類 利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于強堿的特性，可除去許多物質(zhì)中的含鋁雜質(zhì)，如： ①Mg(Al)：加足量NaOH溶液； ②Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液； ③Mg(OH)2：加足量NaOH溶液； ④Mg2＋(Al3＋)：加過量NaOH溶液，過濾，再加酸充分溶解。 【典型例題4】【百強校2016屆西安中學(xué)上學(xué)期第四次月考】向30 mL 1 molL－1的AlCl3溶液中逐漸加入濃度為4 molL－1的NaOH溶液，若產(chǎn)生0.78 g白色沉淀，則加入的NaOH溶液的體積可能為（ ） A．3 mL B．7.5 mL C．15 mL D．22.5 mL 【答案】B Al3+完全沉淀時消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.09mol，生成氫氧化鋁0.03mol，由Al（OH）3+OH-＝AlO2-+2H2O知溶解0.02mol氫氧化鋁消耗氫氧化鈉0.02mol，則消耗的氫氧化鈉總物質(zhì)的量為0.11mol，加入NaOH溶液的體積為0.11mol 4mol/L＝0.0275L，即27.5mL，答案選B。 考點：考查氫氧化鋁制備的有關(guān)計算 【點評】Al2O3、Al（OH）3只與強堿反應(yīng)，不與弱堿（如氨水）反應(yīng)， Al、Al2O3、Al（OH）3既溶于酸又溶于強堿溶液，與酸反應(yīng)均生成Al3＋，且每生成1 mol Al3＋均耗3 mol H＋；與堿反應(yīng)均生成AlO，且每生成1 mol AlO均耗1 mol OH－，記住上述關(guān)系，應(yīng)用于計算和推斷。 【遷移訓(xùn)練4】從鋁土礦(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì))中提取氧化鋁的兩種工藝流程如下： 請回答下列問題： （1）流程甲加入鹽酸后生成Al3＋的離子方程式為_____________________________________。 （2）流程乙加入燒堿后生成SiO的離子方程式為___________________________。 （3）驗證濾液B中含F(xiàn)e3＋，可取少量濾液并加入________(填試劑名稱)。 （4）濾液E、K中溶質(zhì)的主要成分是__________(填化學(xué)式)，寫出該溶液的一種用途：___________。 （5）已知298 K時，Mg(OH)2的溶度積常數(shù)Ksp＝5.610－12，取適量的濾液B，加入一定量的燒堿達到沉淀溶解平衡，測得pH＝13.00，則此溫度下殘留在溶液中的c(Mg2＋)＝__________。 【答案】 （1）Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O （2）SiO2＋2OH－===SiO＋H2O （3）硫氰化鉀(或苯酚溶液等合理答案均可) （4）NaHCO3　制純堿(或做發(fā)酵粉等合理答案均可) （5）5.610－10 molL－1 E為NaHCO3；沉淀F為Al(OH)3，Al(OH)3灼燒得到Al2O3。鋁土礦中能與NaOH溶液反應(yīng)的有Al2O3、SiO2，其余均不反應(yīng)，所以固體X為Fe2O3、MgO，Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。(5)題中應(yīng)用Ksp的有關(guān)計算，Ksp＝c(Mg2＋)c2(OH－)，c(OH－)＝1.010－1 molL－1，所以c(Mg2＋)＝ molL－1＝＝5.610－10 molL－1。 考點三：鋁三角之間的轉(zhuǎn)化及鎂鋁圖像 1、Al3＋、Al(OH)3、AlO之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 上述轉(zhuǎn)化的離子方程式。 （1）①Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH ②Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓ ③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ （2）Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O （3）Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O （4）AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O （5）①AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO ②AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓ （6）Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O 【總結(jié)歸納】含Al3＋的溶液與堿反應(yīng)的先后順序 當溶液中有多種離子時，要考慮離子之間的反應(yīng)順序，如向含有H＋、NH、Mg2＋、Al3＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH先與H＋反應(yīng)，再與Mg2＋、Al3＋反應(yīng)生成沉淀，再與NH反應(yīng)，最后才溶解Al(OH)3沉淀。 2、鎂鋁圖像 實驗操作 實驗現(xiàn)象 反應(yīng)原理 坐標圖像 1、往AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至過量 先產(chǎn)生白色沉淀，后溶解 Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH- = AlO+ 2H2O 2、往NaOH溶液中加入 AlCl3溶液至過量 先無明顯現(xiàn)象，后產(chǎn)生沉淀 Al3+ + 4OH- = AlO+ 2H2O Al3++3AlO+6H2O=4Al(OH)3↓ 3、往NaAlO2溶液中加入稀鹽酸至過量 先產(chǎn)生沉淀，后溶解 AlO+ H+ + H2O =Al(OH)3↓ Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O 4、往稀鹽酸溶液中加入NaAlO2至過量 先無現(xiàn)象，后產(chǎn)生沉淀 AlO+4H+ = Al3+ +2H2O Al3++3AlO+6H2O=4Al(OH)3↓ 5、往NaAlO2和NaOH混合溶液中加入HCl溶液至過量 無現(xiàn)象，產(chǎn)生沉淀，后溶解 OH-+H+ = H2O AlO+ H+ + H2O =Al(OH)3↓ Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O 6、往AlCl3溶液中滴加入氨水至過量 產(chǎn)生沉淀，后沉淀的量不變 Al3+ + 3NH3H2O = Al(OH)3↓+3 NH4+ 7、往AlCl3溶液中加入NaAlO2溶液 產(chǎn)生沉淀，后沉淀的量不變 Al3++3AlO+ 6H2O=4Al(OH)3↓ 8、往NaAlO2溶液中加入AlCl3溶液 產(chǎn)生沉淀，后沉淀的量不變 Al3++3AlO+6H2O= 4Al(OH)3↓ 9、往NaAlO2溶液中通入CO2 (或過量) 產(chǎn)生沉淀，后沉淀的量不變 2AlO+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32- 或AlO+CO2 +2H2O = Al(OH)3↓+HCO32- 10、往AlCl3和HCl混合溶液中加NaOH至過量 先無明顯現(xiàn)象，后產(chǎn)生沉淀，最后沉淀溶解 OH-+H+ = H2O Al3+ + 3OH- = Al(OH)3 ↓ Al(OH)3 + OH- = AlO + 2H2O 11、往Al3+、Mg2+、H+各1mol的混合溶液中加NaOH溶液至過量 先無明顯現(xiàn)象，再產(chǎn)生沉淀，后部分溶解。 OH-+H+ = H2O Al3+ + 3OH- = Al(OH)3 ↓ Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2 ↓ Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O 12、往OH- 、AlO2- 、Mg(OH)2各1mol的混合溶液中加入鹽酸至過量 開始沉淀量不變，再增加，后完全溶解 OH-+H+ = H2O AlO+ + H2O =Al(OH)3↓ Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O Mg(OH)2+2H+ = Mg2+ +2H2O 【典型例題5】【湖南師大附中2016屆第三次月考】將一定質(zhì)量的Mg和Al的混合物投入500 mL稀硫酸中，固體全部溶解并產(chǎn)生氣體。待反應(yīng)完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液的體積關(guān)系如圖所示。則下列說法正確的是 （ ） A．Mg和Al的總質(zhì)量為8 g B．硫酸的物質(zhì)的量濃度為5 molL－1 C．NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為5 molL－1 D．生成的H2在標準狀況下的體積為11.2 L 【答案】C 考點：鎂鋁的化學(xué)性質(zhì) 【點評】分析圖像或作圖時不僅要注意加入的酸或堿的強弱，還要注意所加入的量和滴加的順序，因為滴加的順序不同可能產(chǎn)生的現(xiàn)象不同； 轉(zhuǎn)化過程中要遵循化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。若產(chǎn)生的沉淀有多種，則應(yīng)仔細分析相關(guān)量間的關(guān)系，要特別關(guān)注沉淀是否同步生成，沉淀物是否溶于所加入的過量試劑中，同時要注意橫縱坐標的意義，對圖像進行全面分析。 【遷移訓(xùn)練5】【百強校2016屆松原市油田高中期末】下列物質(zhì)的溶液中分別滴加Ba(OH)2溶液至過量，反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀的質(zhì)量(m)或物質(zhì)的量(n)隨加入的Ba(OH)2溶液體積關(guān)系圖像正確的是 （ ） 【答案】D 考點：考查化學(xué)反應(yīng)及圖像分析